Phương pháp phân tích điện hóa và ứng dụng
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (600.1 KB, 48 trang )
Bạn đang đọc: Phương pháp phân tích điện hóa và ứng dụng
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA VẬT LÝ
PHẠM THỊ THU HƯỜNG
PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐIỆN HÓA VÀ ỨNG DỤNG
Chuyên ngành: Vật lí chất rắn
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Lê Đình Trọng
HÀ NỘI – 2017
LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành khóa luận với đề tài ‘‘Phương pháp phân tích điện hóa và
ứng dụng’’, tôi xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến thầy giáo PGS.TS. Lê
Đình Trọng đã tận tình, chu đáo hướng dẫn tôi trong quá trình thực hiện khóa
luận tốt nghiệp này.
Là một sinh viên lần đầu nghiên cứu khoa học nên khó tránh khỏi thiếu
sót nên tôi mong nhận được những đóng góp ý kiến của các thầy cô và bạn bè
để khóa luận được hoàn thiện hơn.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 20 tháng 4 năm 2017
Sinh viên
Phạm Thị Thu Hường
i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan: Khóa luận tốt nghiệp với đề tài “Phương pháp phân
tích điện hóa và ứng dụng” được hoàn thành với sự cố gắng của bản thân
cùng với sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo PGS. TS. Lê Đình Trọng, tôi xin
cam đoan khóa luận này là thành quả của quá trình làm việc nghiêm túc của
bản thân và nội dung của khóa luận không trùng lặp với các công trình nghiên
cứu của các tác giả trước đã công bố.
Hà Nội, ngày 20 tháng 4 năm 2017
Sinh viên
Phạm Thị Thu Hường
ii
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ……………… 1
1. Lý do chọn đề tài …………………. 1
2. Mục đích nghiên cứu ……………………….. 2
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ………….2
4. Nhiệm vụ nghiên cứu ………………. 2
5. Phương pháp nghiên cứu…………. 2
6. Cấu trúc khóa luận ………….. 3
NỘI DUNG …………………………… 4
Chương 1. CƠ SỞ CHUNG VỀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐIỆN HÓA 4
1.1. Cơ sở ứng dụng của các phép phân tích điện hóa ……………………………. 4
1.2. Khái niệm phương pháp phân tích điện hóa …………………. 4
1.3. Nguyên tắc và sơ đồ chung của các phép phân tích điện hóa ……………. 5
1.4. Phân loại các phương pháp phân tích điện hóa …………………. 6
Chương 2. MỘT SỐ PHÉP PHÂN TÍCH ĐIỆN HÓA ……………………………… 8
2.1. Phương pháp đo thế……………………….. 8
2.1.1. Nguyên tắc ………………………………………… 8
2.1.2. Phương trình thế điện cực……………………………. 9
2.1.3. Trang bị của kỹ thuật đo thế ……………………. 10
2.1.4. Các loại điện cực …………………….. 11
2.1.5. Chuẩn độ đo thế …………………………….. 18
2.2. Các phương pháp Vôn – Ampe ……………………. 19
2.2.1. Mở đầu ………………………9
2.2.2. Nguyên tắc của phép đo cực phổ …… 20
2.2.3. Cực phổ cổ điển ……………………………. 22
2.2.4. Phương pháp cực phổ xung ……………. 25
iii
2.2.5. Cực phổ hòa tan (Von-ampe hòa tan) …………… 29
2.2.6. Chuẩn độ ampe ……………….. 31
2.2.7. Chuẩn độ điện lượng ……………………….. 33
Chương 3. ỨNG DỤNG ………………………… 35
3.1. Ứng dụng của phương pháp đo thế ………………….. 35
3.2. Ứng dụng của các phương pháp Vôn-Ampe ………………….. 38
3.2.1: Ứng dụng của các phương pháp cực phổ ……………….. 38
3.2.2. Ứng dụng của các phương pháp chuẩn độ Von-Ampe …………….. 39
KẾT LUẬN ………………. 41
TÀI LIỆU THAM KHẢO …………… 42
iv
DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1: Sơ đồ một hệ máy đo thế ………………….. 9
Hình 2.2. Sơ đồ cấu tạo của một điện cực calomen. …………… 11
Hình 2.3. Sơ đồ cấu tạo điện cực bạc clorua. ……….. 12
Hình 2.4: Sơ đồ điện cực đo pH …………… 15
Hình 2.5: Trao đổi ion ở lớp màng và lớp dung dịch sát bề mặt. ………………. 16
Hình 2.6: Sơ đồ hệ thống chuẩn độ đo thế xác định Fe2+ bằng dung dịch
chuẩn Ce4+ và đường cong chuẩn độ 100.0 ml dung dịch Fe2+
0.050M bằng dung dịch Ce4+ 0.100M trong dung dịch HClO4
1M. …………………….. 19
Hình 2.7: Sơ đồ mạch của một máy cực phổ. ……………….. 21
Hình 2.8: Sơ đồ cấu tạo của một máy cực phổ dùng điện cực giọt thủy
ngân. ………………. 23
Hình 2.9: Đường cong von- ampe (Sóng cực phổ) ……….. 24
Hình 2.10: Sơ đồ điện áp phân cực trong cực phổ xung biến đổi đều ………… 26
Hình 2.11: Dạng điện áp phân cực của phương pháp cực phổ xung biến đổi
đều (a) và cực phổ xung vi phân (b). ………………………………………. 28
Hình 2.12: So sánh trực tiếp sóng cực phổ cổ điển với cực phổ xung vi
phân của một dung dịch 1,2×10-4 M chlodiazepoxide trong 3 ml
dung dịch H2SO4 0,05M.. ……….. 28
Hình 2.13: Quá trình phân tích Von-Ampe hòa tan anot. …. 29
Hình 2.14: Cấu tạo của một điện cực giọt thủy ngân treo và giá đỡ dùng
trong cực phổ Von-Ampe hòa tan…………………….. 31
Hình 2.15: Hệ thống chuẩn độ ampe điện cực Pt quay và các dạng đường
chuẩn độ ampe. ……………….. 32
Hình 2.16: Sơ đồ của một thiết bị chuẩn độ điện lượng và cấu tạo của bình
chuẩn độ. ………………….. 34
v
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Phân tích điện hóa là phương pháp phân tích có tính chọn lọc, cho phép
xác định hàm lượng chất cần phân tích với hàm lượng nhỏ và vết, cho phép có
thể phân tích hàng loạt mẫu trong thời gian ngắn, được ứng dụng rộng rãi
trong phòng thí nghiệm hiện đại để phân tích mẫu nước, mẫu dung dịch,…
Ngành công nghiệp hóa lọc dầu tiêu thụ lượng nước rất lớn cho quá trình
hóa dầu, nước cung cấp cho nồi hơi,… Nước cung cấp cho các mục đích sử
dụng này đòi hỏi phải đảm bảo chất lượng nhất định. Bên cạnh đó quá trình
lọc dầu cũng thải ra một lượng nước thải rất lớn. Để đảm bảo không gây ô
nhiễm thì nước thải này cũng cần thiết kiểm tra nghiêm ngặt trước khi thải ra
môi trường.
Các phương pháp phân tích điện hóa đã chiếm được vị trí cao trong việc
xác định định lượng các vết các chất vô cơ trên thế giới với sự tiến bộ của kỹ
thuật điện tử, máy móc dùng trong phân tích điện hóa ngày càng hoàn thiện
và đa dạng. Từ đó ra đời hàng loạt các phương pháp có độ nhạy cao, độ phân
giải tốt và thao tác đơn giản hơn so với các phương pháp cực phổ cổ điển.
Cực phổ sóng vuông, cực phổ tast, cực phổ xung vi phân,… là những phương
pháp phân tích điện hóa phổ biến trên thế giới trong những năm 80. Nhờ kết
hợp với việc làm giàu trước bằng điện phân, các máy cực phổ có thể thực hiện
một phương pháp mới gọi là phương pháp phân tích điện hóa hòa tan. Điện
hóa hòa tan bỏ xa các phương pháp quang (kể cả hấp thụ nguyên tử) và trong
chừng mực nào đó, có thể so sánh được với các phương pháp phân tích phóng
xạ như kích hoạt nơtron.
Việc tìm hiểu phương pháp phân tích điện hóa, trên cơ sở đó có thể vận
dụng trong công tác nghiên cứu cũng như thực tiễn kỹ thuật và đời sống là
1
cần thiết, không thể thiếu được cho các nhà hóa học, vật lý học, khoa học môi
trường,… Vì vậy tôi đã chọn “Phương pháp phân tích điện hóa và ứng dụng”
làm đề tài nghiên cứu trong khóa luận tốt nghiệp của mình.
2. Mục đích nghiên cứu
– Hiểu và biết được cơ sở lí thuyết của các phương pháp phân tích điện
hóa.
– Biết được một số ứng dụng của phép phân tích điện hóa.
– Làm quen và sử dụng các thiết bị dùng trong phân tích điện hóa: máy
chuẩn độ điện thế, máy đo độ dẫn, cực phổ…
– Bước đầu thực hiện các bài thí nghiệm về phương pháp phân tích điện
hóa.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Cơ sở lý thuyết phương pháp phân tích điện hóa:
– Các tính chất, quy luật và các hiện tượng điện hóa có liên quan đến các
phản ứng điện hóa học xảy ra trên bề mặt hay ranh giới tiếp xúc giữa các cực
và dung dịch phân tích.
– Các tính chất điện hóa của dung dịch điện hóa giữa các cực trong bình
phản ứng.
Thiết bị đo điện hóa: Bình đo điện hóa, các điện cực, máy đo,…
Thực nghiệm phân tích điện hóa.
4. Nhiệm vụ nghiên cứu
– Cơ sở lí thuyết của các phương pháp phân tích điện hóa.
– Tiến hành các thực nghiệm phân tích điện hóa.
5. Phương pháp nghiên cứu
Phân tích và tổng hợp lí thuyết, nghiên cứu tài liệu liên quan đến phương
pháp phân tích điện hóa và ứng dụng, trình tự tiến hành các phép phân tích
trong phòng thí nghiệm.
2
Thực nghiệm khoa học: thực hành thao tác phân tích trên máy đo độ dẫn,
đo điện thế, đo điện lượng và thiết bị đo cực phổ với các mẫu chuẩn và mẫu
phân tích.
Xử lí số liệu. Tính toán và đánh giá kết quả.
6. Cấu trúc khóa luận
Ngoài phần mở đầu và kết luận, nội dung khóa luận được dự kiến trình
bày trong 3 chương:
Chương 1: Cơ sở chung về phương pháp phân tích điện hóa
Chương 2: Một số phép phân tích điện hóa
Chương 3: Ứng dụng
3
NỘI DUNG
Chương 1
CƠ SỞ CHUNG VỀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐIỆN HÓA
1.1. Cơ sở ứng dụng của các phép phân tích điện hóa
Các phương pháp phân tích điện hoá học dựa trên cơ sở ứng dụng:
– Các tính chất, quy luật và các hiện tượng điện hoá có liên quan đến các
phản ứng điện hoá xảy ra trên bề mặt hay ranh giới tiếp xúc giữa các cực
(điện cực) và dung dịch phân tích 5, tr.37.
– Các tính chất điện hoá của dung dịch tạo nên môi trường giữa các cực.
Như vậy, các phép phân tích điện hóa dựa trên ứng dụng của các quá
trình điện hóa, nói chung là điện hóa học.
1.2. Khái niệm phương pháp phân tích điện hóa
Phản ứng điện hóa chủ yếu xảy ra trong bình điện phân. Lập một bình
điện phân gồm hai điện cực anốt (A) và catốt (C) nhúng vào dung dịch điện
giải và nối hai điện cực này vào nguồn điện một chiều.
Năng lượng cung cấp bởi nguồn điện phải đủ lớn để có được phản ứng
khử (ở catốt) hoặc oxy hóa (ở anốt).
Điện tử do nguồn điện cung cấp đến điện cực C, nếu thế ở C đủ bé ta có
phản ứng khử:
OX1 + ne- Kh1,
đồng thời ở A, chất khử Kh2 cho điện tử tạo ra chất OX2:
Kh2 – ne- OX2.
Các hiện tượng xảy ra trong bình điện phân:
– Sự trao đổi điện tử ở điện cực nhanh hay chậm tùy thuộc theo bản chất
của mỗi phản ứng (ở catốt nhận điện tử, anốt nhường điện tử).
4
– Sự truyền khối là hiện tượng ion trong dung dịch đi về phía điện cực do
sự khuếch tán, đối lưu, điện ly. Vận tốc truyền khối lớn hay nhỏ cũng ảnh
hưởng đến vận tốc phản ứng điện hóa. Vì vậy phản ứng điện hóa tùy thuộc
vào các yếu tố sau: Thế điện cực, vận tốc trao đổi điện tử ở điện cực và vận
tốc truyền khối.
Vận tốc trao đổi điện tử và truyền khối có những giá trị nhất định, biến
thiên giữa các giới hạn xa nhau.
Như vậy, các phương pháp phân tích điện hóa đã được phát triển từ lâu,
nhưng phát triển mạnh và được sử dụng nhiều là khoảng 30 năm trở lại đây.
Nó là những phương pháp phân tích công cụ không những dùng định tính và
định lượng mà còn là phương tiện để nghiên cứu lý thuyết các quá trình điện
hoá và các phản ứng hoá học của các chất vô cơ (ion kim loại, muối) và các
chất hữu cơ.
1.3. Nguyên tắc và sơ đồ chung của các phép phân tích điện hóa
Ngày nay đã có tới 30 phương pháp phân tích điện hóa khác nhau. Song
nguyên tắc và sơ đồ chung của tất cả các phương pháp này là: chất phân tích
được hoà tan thành dung dịch (thường là trong môi trường nước) rồi cho vào
bình đo có cấu tạo phù hợp với từng phương pháp cụ thể. Trong bình điện
phân có 2 (hay 3) điện cực là:
– Điện cực chỉ thị,
– Điện cực so sánh,
– Điện cực phù trợ (có thể không có).
Các điện cực này được nối với máy đo để đo một đại lượng điện hoá đặc
trưng cho bản chất của quá trình điện hoá của chất nghiên cứu. Đại lượng đo
đó tỉ lệ tuyến tính với nồng độ chất nghiên cứu.
Như vậy, nói chung các phương pháp phân tích điện hoá luôn phải có
một hệ thống trang bị cơ sở bao gồm:
5
– Bình chứa dung dịch chất nghiên cứu và chất điện ly (bình đo điện
hoá),
– Các điện cực,
– Máy đo (có thể đo thế hay đo dòng hay điện trở).
Vì thế tất cả các phương pháp phân tích điện hoá đều có cơ sở lý thuyết
chung về điện hoá học như cân bằng điện hoá, điện cực và thế điện cực,…
1.4. Phân loại các phương pháp phân tích điện hóa
Hiện nay các phương pháp điện hoá có rất nhiều nhưng chủ yếu được
chia thành 2 nhóm:
Nhóm 1: Nhóm các phương pháp điện hóa có quá trình điện cực, thường
là sự oxy hóa, sự khử của chất điện hoạt trên bề mặt điện cực.
Nhóm 2: Các phương pháp điện hoá không có phản ứng điện cực như đo
độ dẫn, điện trở,…
Trong 2 nhóm này, nhóm 1 là có nhiều phương pháp, đa dạng và phong
phú nên được chia thành 2 phân nhóm:
– Phân nhóm 1: là phân nhóm các phương pháp điện hoá có phản ứng
điện hoá ở điện cực trong điều kiện dòng không đổi.
– Phân nhóm 2: là phân nhóm của các phương pháp điện hoá có phản
ứng điện hoá ở điện cực trong điều kiện dòng khác 0. Đây là phân nhóm của
6
phương pháp có sự điện phân. Phân nhóm này có nhiều phương pháp điện hoá
có độ nhạy cao và được ứng dụng nhiều.
Tóm tắt về sự phân loại này, chúng ta có thể thấy trong bảng 1.1.
Bảng 1.1: Phân loại các phương pháp điện hoá
Tên phương pháp
Các đại lượng Đại lượng
Đại lượng đo
quan hệ
kiểm soát
Đo thế
f (E, C)
C
E = f(C)
Chuẩn độ đo thế
f (E, C)
C
E = f(C)
– Von – Ampe
f (E, I, C)
C
I = f(E)
– Chuẩn độ Von-Ampe
f (E, I, C)
E
I = f(C)
– Điện lượng (I = const)
f (E, I, Q)
I
Q
– Điện lượng (E = const)
f (E, I, m)
E
M
– Chuẩn độ điện thế (I = const)
f (E, I, C)
I
E = f(C)
– Dòng thời gian
f(E, I, C, t)
C, E
I = f(t)
– Cực phổ cổ điển
f(E, I, C, t)
C, E
I = f(E,t)
– Cực phô dòng xoay chiều
f(E, I, C, t)
Phương pháp dòng bằng 0 và có phản
ứng điện cực
Phương pháp dòng khác 0 và có phản
ứng điện cực
(chronoamperometry)
C, E và xung I = f(sin, cotg)
hình sin
– Cực phổ sóng vuông
f (E, I, C, t)
C, xung thế
I
– Von – Ampe hoà tan
f (E, I, C, t)
Eap, E
I = f(E, t)
– Điện thế – thời gian hoà tan
f (E, I, C, t)
Eap, Int
I = f(t)
f(X, C)
C
x
f(x, E, C)
C
x+e
Phương pháp không phản ứng điện cực
– Đo độ dẫn và chuẩn độ đo độ dẫn
– Đo độ dẫn cao tần và chuẩn độ cao tần
7
Chương 2. MỘT SỐ PHÉP PHÂN TÍCH ĐIỆN HÓA
2.1. Phương pháp đo thế
2.1.1. Nguyên tắc
Các phương pháp đo thế là một họ của phương pháp phân tích điện hoá.
Quá trình đo thế được thực hiện trong một bình đo có chứa dung dịch mẫu và
hai điện cực, trong đó có:
– 1 điện cực so sánh có thể cố định (Ess = const),
– 1 điện cực chỉ thị biểu thị thế của dung dịch.
Hệ điện cực này được nối với một máy đo thế. Như vậy đo thế là quá
trình theo dõi sự biến thiên nồng độ của một chất (ion) trong dung dịch nhờ
điện cực chỉ thị mà trên đó xảy ra các quá trình điện hoá, được chỉ thị bằng sự
thay đổi (biến thiên) của thế điện cực. Thế đo được của dung dịch là hiệu số
của thế ở điện cực chỉ thị (Eind) và điện cực so sánh (Ess), nghĩa là:
Edd = Eind – Ess.
Trong phương pháp đo thế, điện cực so sánh thường dùng là: điện cực
calomel hoặc điện cực clorua bạc.
Điện cực chỉ thị có 3 loại khác nhau:
– Điện cực đo pH, đó là các điện cực thuỷ tinh màng.
– Điện cực chọn lọc ion, đó là điện cực chế tạo đo riêng từng ion kim loại
(ví dụ: K, Cd, Pb,…), đo các anion (ví dụ: Cl-, F-, I-, CN-).
Hai loại điện cực này là các điện cực màng. Nó có thể là màng rắn hay
màng lỏng. Các quá trình điện hoá xảy ra trên bề mặt tiếp xúc của màng này.
– Điện cực kim loại trơ: loại điện cực này phục vụ cho quá trình chuẩn
độ đo thế. Ví dụ điện cực Pt, Ag, Pd,… Các quá trình điện hoá xảy ra trên bề
mặt điện cực. Các chất phân tích có thể nhận điện tử ở điện cực (sự oxy hoá)
hoặc nhường điện từ cho các điện cực (sự khử).
8
Do đặc điểm trên, nên bề mặt của các
điện cực chỉ thị có ảnh hưởng đến thế của
điện cực. Vì thế phải giữ cho điện cực sạch
và có bề mặt đồng nhất.
Các quá trình điện hoá ở trong kỹ thuật
đo thế là có dòng bằng 0 hay là không đổi
(I = 0, hay I = const). Hình 2.1 mô tả sơ đồ
của một hệ thống máy đo thế.
2.1.2. Phương trình thế điện cực
Trong quá trình đo thế, các quá trình
Hình 2.1: Sơ đồ một hệ máy
điện hoá xảy ra ở trên điện cực chỉ thị. Các
đo thế
quá trình đó có thể là:
– Sự oxy hoá khử của chất trên bề mặt điện cực,
– Sự trao đổi điện tích.
Chính các quá trình này làm cho thế của điện cực bị thay đổi khi nồng độ
của chất thay đổi. Trong một phạm vi nhất định và ở những điều kiện nhất
định thì sự thay đổi thế của điện cực chỉ thị là phụ thuộc tuyến tính theo nồng
độ của chất trong dung dịch.
Nếu trên bề mặt điện cực có quá trình oxy hoá khử của chất
Ox1 + ne- Kh1
(2.1)
Kh2 – ne- Ox2,
(2.2)
theo phương trình Nernst thế điện cực của dung dịch sẽ là:
E a E a0
0,0592 Ox1
lg
n
Kh1
E b E 0b
0,0592 Ox 2
lg
.
n
Kh 2
Hay
9
Trong đó: [Ox1], [Ox2] là nồng độ dạng oxy hoá của chất; [Kh1], [Kh2] là
nồng độ dạng khử; E 0a, E 0b là thế oxy hoá khử tiêu chuẩn của cặp đó; n là số
electron trao đổi trong phản ứng điện hoá đó.
Như vậy, thế của điện cực chỉ thị của dung dịch sẽ là:
Edd = (Eind – Ess) = ΔE.
Giá trị ΔE này phụ thuộc vào nồng độ của chất phân tích và trong một
phạm vi nhất định ta có:
ΔE = k.Cx.
Đây là phương trình định lượng của phương pháp đo thế để xác định
nồng độ của chất trong dung dịch.
2.1.3. Trang bị của kỹ thuật đo thế
Cơ sở của phép đo điện hoá là các quá trình xảy ra trong nguyên tố điện
hoá. Vì thế trang bị cơ sở của hệ thống máy đo thế bao gồm ba phần tối thiểu
cơ bản: Nguyên tố điện hóa, Máy đo thế, Bộ chỉ thị kết quả đo thế.
a) Nguyên tố điện hoá, bao gồm:
– Bình điện hoá chứa dung dịch đo,
– Điện cực chỉ thị,
– Điện cực so sánh,
– Điện cực phụ trợ (có thể không có),
– Bộ phận khuấy dung dịch đo.
b) Máy đo thế.
c) Bộ phận chỉ thị kết quả đo thế.
Ngày nay những hệ thống máy hoàn chỉnh, còn có thêm máy tính chuyên
dụng, bộ phận tự động bơm mẫu vào bình điện hoá,… để tự động hoá các quá
trình đo theo những chương trình nhất định 5, tr.43.
10
2.1.4. Các loại điện cực
2.1.4.1. Các điện cực so sánh
Không thể đo thế của một điện cực riêng lẻ mà phải so sánh nó với một
điện cực có thế đã biết gọi là điện cực so sánh. Điện cực này dùng để đo thế
tại bề mặt tiếp xúc của màng thủy tinh và dung dịch khảo sát. Có hai loại điện
cực so sánh được dùng trong phương pháp đo thế là điện cực calomel và điện
cực bạc clorua.
a) Điện cực calomel:
Đây là điện cực so sánh được sử dụng nhiều nhất trong phân tích điện
hóa. Về cấu tạo điện cực này bao gồm Hg kim loại trong dung dịch Hg2Cl2(r)
hoà vào dung dịch điện ly KCl, ta có thể viết (Hình 2.2):
Hg/Hg2Cl2(r)/Hg2Cl2(bh).KCl(xM)
Điện cực này có giá trị thế rất ổn định nhưng vì Hg độc nên xu hướng
dùng điện cực bạc hơn. Phản ứng điện cực:
Hg2Cl2 + 2e- → 2Hg° + 2ClỞ điều kiện tiêu chuẩn điện cực loại này có thế E° = 0,2444 V/ 25 °C,
p = l atm, x = bão hòa.
Hình 2.2. Sơ đồ cấu tạo của một điện cực calomen.
11
b) Điện cực bạc clorua
Điện cực so sánh loại này có cấu tạo
bao gồm kim loại Ag trong dung dịch
AgCl bão hòa và chất điện ly KCl và ta có
thể viết (Hình 2.3).
Ag/AgCl(dd bh),KCl (dd bh).
Điện cực này dùng làm điện cực so
sánh trong chuẩn độ điện thế của các phản
Hình 2.3. Sơ đồ cấu tạo điện cực
ứng trung hòa, kết tủa. Phản ứng điện cực:
bạc clorua.
AgCl(r) + le- ↔ Ag° + 2ClTừ bảng 2.1 ta thấy nồng độ của dung dịch điện ly KCl có ảnh hưởng
đến thế của điện cực. Nói chung ở nồng độ bão hòa thế điện cực là nhỏ nhất
và giảm khi nhiệt độ tăng.
Bảng 2.1. Thế của các điện cực so sánh
Nhiệt độ
E (V) cực calomel với x =
E (V) cực bạc clorua với x =
(°C)
Bão hoà
3.5 M
0.1M
Bão hoà
3.5 M
0.1M
15
0.2510
0.256
0.3370
0.2090
0.212
0.225
20
0.2480
0.255
0.3359
0.2040
0.208
0.221
25
0.2444
0.250
0.3356
0.1990
0.205
0.217
30
0.2410
0.248
0.3351
0.1940
0.201
0.212
35
0.2376
0.245
0.3344
0.1890
0.197
0.208
2.1.4.2. Điện cực chỉ thị
Điện cực chỉ thị là điện cực mà thế của nó thay đổi, phụ thuộc vào nồng
độ chất khảo sát trong dung dịch mà điện cực nhúng vào. Nó cho ta biết quá
trình điện hoá trong dung dịch diễn biến thế nào. Một số điện cực so sánh
cũng có thể dùng làm điện cực chỉ thị.
12
Điện cực chi thị được chia thành 2 loại như sau:
– Điện cực kim loại rắn
– Điện cực màng (màng rắn và màng lỏng).
Các điện cực kim loại lại được chia thành 4 nhóm là: điện cực loại 1,
điện cực loại 2, điện cực loại 3, và điện cực loại 4.
a) Điện cực kim loại
– Điện cực kim loại loại 1:
Điện cực loại này là các cực kim loại có khả năng cho hay nhận điện tử,
ví dụ điện cực Cu, Zn, Fe,… Điện cực này dùng để theo dõi hay xác định nồng
độ của các ion kim loại trong dung dịch. Ví dụ với điện cực Cu ta có cân
bằng:
Cu2+(dd) + 2e- ↔ Cu°(r)
Cân bằng này xác định thế của điện cực và phương trình thế điện cực là:
Eind E0Cu
0,0592
lga Cu 2
2
– Điện cực kim loại loại 2:
Cấu tạo của điện cực loại này gồm một thanh kim loại nhúng trong dung
dịch muối khó tan của nó. Ví dụ Ag/AgCl, Hg/Hg2Cl2. Nó được sử dụng để
nghiên cứu xác định các anion. Thế của cực được xác định bởi cân bằng:
AgCl (r) + le- ↔ Ag°(r) + Cl-,
có E° = 0.199 V
HgCl2(dd) + 2e- ↔ 2Hg°(r) + 2Cl-,
có E° = 0.244 V
Quá trình điện hoá trên bề mặt điện cực có liên quan chặt chẽ đến các
cân bằng điện hoá này.
Phương trình thế điện cực của điện cực bạc ở đây là:
Eind E 0
0,0592
lga Cl ,
1
a là hoạt độ.
13
– Điện cực kim loại loại 3:
Điện cực này là điện cực của các kim loại như Hg được nhúng trong
dung dịch chất tạo phức. Nó được dùng để nghiên cứu xác định gián tiếp nồng
độ các kim loại qua hợp chất phức của nó. Ví dụ khi một lượng nhỏ của
HgY2- thêm vào dung dịch chứa Y4- (dung dịch EDTA) thì nửa phản ứng xảy
ra trên điện cực catốt thủy ngân như sau:
HgY2 + 2e- ↔ 2Hg° + Y4-,
có E° = 0,21 V,
và thế của điện cực chỉ thị loại này là:
E ind 0,21
0,0592 a Y4
lg
.
2
a HgY2
Vì phức HgY2- có hằng số tạo thành rất lớn (6,3.l023) nên nồng độ của nó
không đổi với một khoảng rộng của nồng độ Y4- sử dụng nên:
Eind K
Với K 0,21
0,0592
lga Y4 ,
2
0,0592
1
lg
.
2
a HgY2
Điện cực Hg là điện cực được sử dụng cho chuẩn độ EDTA.
– Điện cực kim loại loại 4 (điện cực oxy hoá khử):
Điện cực loại này là các kim loại trơ, ví dụ như Pt, Ag, Pd,… Các quá
trình điện hoá oxy hoá – khử là xảy ra trên bề mặt liên tục. Điện cực này đóng
vai trò trao đổi điện tử với cấu tử oxy hóa hoặc khử trong dung dịch. Ví dụ
điện cực Pt trong dung dịch oxy hoá khử của Ce4+/Ce3+, ta có:
Ce4+ + le- ↔ Ce3+ có E°=1,32 V.
b) Điện cực màng
Điện cực màng là loại điện cực chỉ thị pH (đo pH) và các điện cực chọn
lọc ion, ở đây quá trình điện hoá xảy ra ở trên màng của điện cực, màng điện
cực có thể là màng rắn hay màng lỏng. Trong hai loại này, hiện nay màng rắn
được chế tạo và sử dụng là chính.
14
– Điện cực đo pH:
Điện cực đo pH trong vùng pH từ
0 – 9 có nhiều dạng cấu tạo. Một trong số
đó là dạng cấu tạo kết hợp cả điện cực
thủy tinh và hai điện cực so sánh Ag vào
trong cùng một thân ống (Hình 2.4) và ở
phần đáy của nó là một màng thủy tinh
mỏng nhạy pH. Có hai điện cực Ag so
sánh: một điện cực so sánh ngoài được
dùng để đo thế tạo ra giữa mặt bên ngoài
của màng thủy tinh và lớp dung dịch mẫu
Hình 2.4: Sơ đồ điện cực đo pH
đo (Ei); và một điện cực Ag so sánh
trong để đo thế xuất hiện giữa bề mặt bên trong của màng thủy tinh và lớp
dung dịch trong bầu thủy tinh (E2). Một cầu muối ở gần phần cuối thân ống.
Hoạt động của điện cực có thể mô tả như sau:
Điện cực thủy tinh
Dung dịch đo H+ Lớp
Bầu trong màng Điện cực so
trong H2O/điện cực màng
(AgCl bão hòa/ sánh Ag (bên
Ag (bên ngoài)
thủy tinh
E1
HCl 1M)
trong)
E2
Tính chất và sự hoạt động của màng thuỷ tinh là yếu tố quyết định tính
chất của điện cực. Màng thủy tinh có thành phần tùy thuộc vào nơi sản xuất.
Loại màng này đáp ứng tốt cho các phép đo pH đến 9. Hiện nay một số loại
màng thủy tinh sử dụng Ba và Li ở những mức độ khác nhau thay thế cho các
ion canxi và natri. Loại màng này có độ chọn lọc và tuổi thọ cao 5, tr.47 .
15
Trong màng thủy tinh, các cation như Li+, Na+ có thể di chuyển trong và
qua mạng lưới và chịu trách nhiệm về tính dẫn diện của màng. Cả hai lớp bề
mặt cuả màng thủy tinh phải được hydrat hóa trước khi đo pH vì vậy điện cực
sau khi đo pH xong nên bảo quản trong nước cất. Phản ứng trao đổi ion có thể
viết như sau:
H+(dd) + Na+(bề mặt màng tt) ↔ Na+ (dd) + H+(bề mặt màng tt)
Nguyên nhân điện cực thủy tinh trong máy đo pH đáp ứng chọn lọc với
ion H+ mà không với các ion khác là do ion H+ là ion duy nhất liên kết được
lên lớp gel bị hydrat hóa. Những nghiên cứu với đồng vị tritium 3H cho thấy
rằng ion H+ không đi qua lớp màng thủy tinh của điện cực pH. Còn ion Na+
thì có thể đi qua.
Khi cân bằng trao đổi ion trên được thiết lập thì hai bước nhảy thế xuất
hiện ở hai ranh giới tiếp xúc giữa màng thủy tinh và lớp dung dịch tiếp xúc.
Giá trị thế này phụ thuộc vào pH của dung dịch tiếp xúc tức phụ thuộc vào
nồng độ H+ trong dung dịch 2 bên lớp màng. Sự khác nhau về thế do sự tích
điện ở 2 bên lớp màng tạo nên giá trị thế:
Eb = (E1- E2) = 0,059.lg(a1/a2).
Với a1 và a2 là hoạt độ của ion
H+ trong dung dịch đo và trong dung
dịch trong bầu thủy tinh. Vì hoạt độ
của ion H+ trong bầu thủy tinh được
giữ không đổi nên ta có mối liên hệ
giữa điện thế Eb với pH dung dịch
mẫu đo là:
Hình 2.5: Trao đổi ion ở lớp màng và
Eb = L’ + 0.0592.lga1
lớp dung dịch sát bề mặt.
= L’ – 0,0592 pH.
Quá trình trao đổi ion có thể được mô tả trong hình 2.5.
16
– Chuẩn hóa một điện cực thủy tinh trong máy đo pH
Một điện cực thủy tinh pH nên được chuẩn hóa bằng hai (hoặc hơn)
dung dịch đệm chuẩn được chọn thích hợp sao cho pH của dung dịch đem đo
nằm trong khoảng pH của các dung dịch chuẩn đó. Các dung dịch chuẩn này
được pha để có các giá trị pH ở một nhiệt độ xác định với độ chính xác đến
±0,01 đơn vị pH.
Trước khi sử dụng máy đo pH cần kiểm tra xem lỗ dẫn không khí nằm ở
phía đầu ống điện cực đã được mở nắp. Rửa điện cực thủy tinh bằng nước cất
và nhẹ nhàng thấm khô nó bàng giấy thấm. Nhúng điện cực trong một dung
dịch chuẩn có pH gần 7 và để cho điện cực được cân bằng trong vài phút.
Theo tài liệu hướng dẫn sử dụng của mỗi máy. điều chỉnh thang đo pH
(thường với núm “CALIBRATION”) đế đạt được giá trị pH của dung dịch
đệm chuẩn.
Sau đó rửa điện cực thủy tinh với nước cất. thấm khô và nhúng nó vào
trong dung dịch đệm chuẩn thứ hai có giá trị pH lớn hơn 7. Nếu điện cực hoạt
động tốt tức đáp ứng đúng với phương trình Nenst thì giá trị thế sẽ thay đổi
0,05916 V trên một đơn vị pH ở 25 oC. Sự thay đổi thực tế có thể sai lệch nhẹ.
Nhập giá trị pH hiển thị trên máy đo của dung dịch chuẩn thứ hai bằng núm
có thể là “slop” hoặc “TEMPERATURE”. Có thể lặp lại sự chuẩn hóa này
bằng hai dung dịch trên để thu được kết quả chính xác hơn.
Cuối cùng nhúng điện cực vào dung dịch cần đo pH, khuấy nhẹ dung
dịch, để giá trị hiển thị được ổn định rồi đọc giá trị pH đo được.
Sau khi đo nhúng điện cực đo vào nước cất để ngăn sự mất nước của lớp
thủy tinh điện cực. Nếu điện cực vừa đo dung dịch có pH > 9 thì nhúng điện
cực trong dung dịch đệm pH cao.
Nếu đáp ứng của điện cực không còn nhạy hoặc nếu điện cực không thể
chuẩn hóa thích hợp thì thử nhúng nó trong dung dịch HCl 6M, rồi sau đó
17
nhúng trong nước cất. Cuối cùng nhúng điện cực trong dung dịch NH 4HF2
(ammonium bifluoride) trong 1 phút chứa trong bình bằng nhựa. Chất này sẽ
hòa tan ít thủy tinh và làm mới bề mặt điện cực. Rửa lại bằng nước cất và thử
chuẩn hóa lại lần nữa. Cần tránh để dính NH4HF2 vào da.
2.1.5. Chuẩn độ đo thế
Chuẩn độ đo thế là một phương pháp để xác định điểm tương đương
(điểm kết thúc) của quá trình chuẩn độ 5, tr.50 .
Nguyên tắc: dùng điện cực chỉ thị và điện cực so sánh để theo dõi sự
thay đổi thế của dung dịch theo nồng độ chất khảo sát (trong mẫu) khi thêm
dung dịch chuẩn vào mẫu. Sự biến thiên của thế thường có một số dạng như
trong hình 2.6. Phép chuẩn độ đo thế được sử dụng cho các phép chuẩn độ:
– Axit bazơ:
+ Axit mạnh bằng bazơ mạnh
+ Axit yếu bằng bazơ mạnh
+ Bazơ yếu bằng axit mạnh
– Chuẩn độ oxy hoá khử
– Chuẩn độ kết tủa
– Chuẩn độ tạo phức
Có thể nói kỹ thuật chuẩn độ đo thế là một phương tiện tốt để phát hiện
điểm tương đương trong quá trình chuẩn độ. Nó cho kết quả tốt và chính xác
hơn phương pháp dùng chỉ thị màu. Mặt khác chuẩn độ được cả ở nồng độ
nhỏ. Theo cách này hiện nay đã có hàng loạt các loại hệ thống máy chuẩn độ
đã được nhiều hãng sản xuất và bán ra thị trường từ đơn giản đến phức tạp và
hoàn toàn tự động.
18
Hình 2.6: Sơ đồ hệ thống chuẩn độ đo thế xác định Fe2+ bằng dung dịch chuẩn Ce4+
và đường cong chuẩn độ 100.0 ml dung dịch Fe2+ 0.050M bằng dung dịch Ce4+
0.100M trong dung dịch HClO4 1M.
2.2. Các phương pháp Vôn – Ampe
2.2.1. Mở đầu
Phương pháp phân tích Von-Ampe là nhóm các phương pháp dựa vào
đường cong Von-Ampe hay còn gọi là đường cong phân cực, là đường cong
biểu diễn mối quan hệ giữa cường độ dòng điện với điện thế khi tiến hành
điện phân dung dịch phân tích. Quá trình điện phân được thực hiện trong một
bình điện phân đặc biệt, trong đó có một điện cực có diện tích bé hơn diện
tích của điện cực kia nhiều lần. Điện cực có diện tích bé được gọi là vi điện
cực. Quá trình khử (hay oxy hóa) chủ yếu xảy ra trên vi điện cực.
Việc ứng dụng đường cong phân cực vào mục đích phân tích đã được
nhà bác học Tiệp Khắc Heyrovski tìm ra vào năm 1992. Do phát minh về
phương pháp phân tích dựa vào đường cong phân cực và những đóng góp xây
dựng phát triển phương pháp phân tích, năm 1959 ông được tặng giải thưởng
Nobel về hóa học.
19
LỜI CAM ĐOANTôi xin cam kết : Khóa luận tốt nghiệp với đề tài “ Phương pháp phântích điện hóa và ứng dụng ” được hoàn thành xong với sự cố gắng của bản thâncùng với sự trợ giúp tận tình của thầy giáo PGS. TS. Lê Đình Trọng, tôi xincam đoan khóa luận này là thành quả của quy trình thao tác trang nghiêm củabản thân và nội dung của khóa luận không trùng lặp với những khu công trình nghiêncứu của những tác giả trước đã công bố. Thành Phố Hà Nội, ngày 20 tháng 4 năm 2017S inh viênPhạm Thị Thu HườngiiMỤC LỤCMỞ ĐẦU …………….. 11. Lý do chọn đề tài …. 12. Mục đích điều tra và nghiên cứu …………. 23. Đối tượng và khoanh vùng phạm vi điều tra và nghiên cứu ……… 24. Nhiệm vụ nghiên cứu và điều tra ……… 25. Phương pháp nghiên cứu và điều tra … 26. Cấu trúc khóa luận ….. 3N ỘI DUNG …………….. 4C hương 1. CƠ SỞ CHUNG VỀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐIỆN HÓA 41.1. Cơ sở ứng dụng của những phép nghiên cứu và phân tích điện hóa ……………………………. 41.2. Khái niệm phương pháp nghiên cứu và phân tích điện hóa ……… 41.3. Nguyên tắc và sơ đồ chung của những phép nghiên cứu và phân tích điện hóa ……………. 51.4. Phân loại những phương pháp nghiên cứu và phân tích điện hóa ……………….. 6C hương 2. MỘT SỐ PHÉP PHÂN TÍCH ĐIỆN HÓA …… 82.1. Phương pháp đo thế ………………… 82.1.1. Nguyên tắc ……………. 82.1.2. Phương trình thế điện cực ……….. 92.1.3. Trang bị của kỹ thuật đo thế ………….. 102.1.4. Các loại điện cực ……. 112.1.5. Chuẩn độ đo thế …………. 182.2. Các phương pháp Vôn – Ampe ……. 192.2.1. Mở đầu …………….. 192.2.2. Nguyên tắc của phép đo cực phổ ……… 202.2.3. Cực phổ cổ xưa ………… 222.2.4. Phương pháp cực phổ xung ………. 25 iii2. 2.5. Cực phổ hòa tan ( Von-ampe hòa tan ) ……… 292.2.6. Chuẩn độ ampe ……… 312.2.7. Chuẩn độ điện lượng ……………… 33C hương 3. ỨNG DỤNG ………………………. 353.1. Ứng dụng của phương pháp đo thế ………………. 353.2. Ứng dụng của những phương pháp Vôn-Ampe ………. 383.2.1 : Ứng dụng của những phương pháp cực phổ ………………………………. 383.2.2. Ứng dụng của những phương pháp chuẩn độ Von-Ampe …………….. 39K ẾT LUẬN …………… 41T ÀI LIỆU THAM KHẢO ……………………. 42 ivDANH MỤC HÌNHHình 2.1 : Sơ đồ một hệ máy đo thế …………………….. 9H ình 2.2. Sơ đồ cấu trúc của một điện cực calomen. ………………………………… 11H ình 2.3. Sơ đồ cấu trúc điện cực bạc clorua. ………. 12H ình 2.4 : Sơ đồ điện cực đo pH ……………… 15H ình 2.5 : Trao đổi ion ở lớp màng và lớp dung dịch sát mặt phẳng. ………………. 16H ình 2.6 : Sơ đồ mạng lưới hệ thống chuẩn độ đo thế xác lập Fe2 + bằng dung dịchchuẩn Ce4 + và đường cong chuẩn độ 100.0 ml dung dịch Fe2 + 0.050 M bằng dung dịch Ce4 + 0.100 M trong dung dịch HClO41M. …………………… 19H ình 2.7 : Sơ đồ mạch của một máy cực phổ. ……….. 21H ình 2.8 : Sơ đồ cấu trúc của một máy cực phổ dùng điện cực giọt thủyngân. ……………… 23H ình 2.9 : Đường cong von – ampe ( Sóng cực phổ ) …………… 24H ình 2.10 : Sơ đồ điện áp phân cực trong cực phổ xung biến đổi đều ………… 26H ình 2.11 : Dạng điện áp phân cực của phương pháp cực phổ xung biến đổiđều ( a ) và cực phổ xung vi phân ( b ). ………………………………………. 28H ình 2.12 : So sánh trực tiếp sóng cực phổ cổ xưa với cực phổ xung viphân của một dung dịch 1,2 × 10-4 M chlodiazepoxide trong 3 mldung dịch H2SO4 0,05 M.. …………. 28H ình 2.13 : Quá trình nghiên cứu và phân tích Von-Ampe hòa tan anot. …………………………. 29H ình 2.14 : Cấu tạo của một điện cực giọt thủy ngân treo và giá đỡ dùngtrong cực phổ Von-Ampe hòa tan ……… 31H ình 2.15 : Hệ thống chuẩn độ ampe điện cực Pt quay và những dạng đườngchuẩn độ ampe. …………… 32H ình 2.16 : Sơ đồ của một thiết bị chuẩn độ điện lượng và cấu trúc của bìnhchuẩn độ. ……….. 34M Ở ĐẦU1. Lý do chọn đề tàiPhân tích điện hóa là phương pháp nghiên cứu và phân tích có tính tinh lọc, cho phépxác định hàm lượng chất cần nghiên cứu và phân tích với hàm lượng nhỏ và vết, được cho phép cóthể nghiên cứu và phân tích hàng loạt mẫu trong thời hạn ngắn, được ứng dụng rộng rãitrong phòng thí nghiệm hiện đại để nghiên cứu và phân tích mẫu nước, mẫu dung dịch, … Ngành công nghiệp hóa lọc dầu tiêu thụ lượng nước rất lớn cho quá trìnhhóa dầu, nước cung ứng cho nồi hơi, … Nước phân phối cho những mục tiêu sửdụng này yên cầu phải bảo vệ chất lượng nhất định. Bên cạnh đó quá trìnhlọc dầu cũng thải ra một lượng nước thải rất lớn. Để bảo vệ không gây ônhiễm thì nước thải này cũng thiết yếu kiểm tra khắt khe trước khi thải ramôi trường. Các phương pháp nghiên cứu và phân tích điện hóa đã chiếm được vị trí cao trong việcxác định định lượng những vết những chất vô cơ trên quốc tế với sự tân tiến của kỹthuật điện tử, máy móc dùng trong nghiên cứu và phân tích điện hóa ngày càng hoàn thiệnvà phong phú. Từ đó sinh ra hàng loạt những phương pháp có độ nhạy cao, độ phângiải tốt và thao tác đơn thuần hơn so với những phương pháp cực phổ cổ xưa. Cực phổ sóng vuông, cực phổ tast, cực phổ xung vi phân, … là những phươngpháp nghiên cứu và phân tích điện hóa thông dụng trên quốc tế trong những năm 80. Nhờ kếthợp với việc làm giàu trước bằng điện phân, những máy cực phổ hoàn toàn có thể thực hiệnmột phương pháp mới gọi là phương pháp nghiên cứu và phân tích điện hóa hòa tan. Điệnhóa hòa tan bỏ xa những phương pháp quang ( kể cả hấp thụ nguyên tử ) và trongchừng mực nào đó, hoàn toàn có thể so sánh được với những phương pháp nghiên cứu và phân tích phóngxạ như kích hoạt nơtron. Việc tìm hiểu và khám phá phương pháp nghiên cứu và phân tích điện hóa, trên cơ sở đó hoàn toàn có thể vậndụng trong công tác làm việc điều tra và nghiên cứu cũng như thực tiễn kỹ thuật và đời sống làcần thiết, không hề thiếu được cho những nhà hóa học, vật lý học, khoa học môitrường, … Vì vậy tôi đã chọn “ Phương pháp nghiên cứu và phân tích điện hóa và ứng dụng ” làm đề tài điều tra và nghiên cứu trong khóa luận tốt nghiệp của mình. 2. Mục đích điều tra và nghiên cứu – Hiểu và biết được cơ sở lí thuyết của những phương pháp nghiên cứu và phân tích điệnhóa. – Biết được một số ít ứng dụng của phép nghiên cứu và phân tích điện hóa. – Làm quen và sử dụng những thiết bị dùng trong nghiên cứu và phân tích điện hóa : máychuẩn độ điện thế, máy đo độ dẫn, cực phổ … – Bước đầu thực thi những bài thí nghiệm về phương pháp nghiên cứu và phân tích điệnhóa. 3. Đối tượng và khoanh vùng phạm vi nghiên cứuCơ sở kim chỉ nan phương pháp nghiên cứu và phân tích điện hóa : – Các đặc thù, quy luật và những hiện tượng kỳ lạ điện hóa có tương quan đến cácphản ứng điện hóa học xảy ra trên mặt phẳng hay ranh giới tiếp xúc giữa những cựcvà dung dịch nghiên cứu và phân tích. – Các đặc thù điện hóa của dung dịch điện hóa giữa những cực trong bìnhphản ứng. Thiết bị đo điện hóa : Bình đo điện hóa, những điện cực, máy đo, … Thực nghiệm nghiên cứu và phân tích điện hóa. 4. Nhiệm vụ nghiên cứu và điều tra – Cơ sở lí thuyết của những phương pháp nghiên cứu và phân tích điện hóa. – Tiến hành những thực nghiệm nghiên cứu và phân tích điện hóa. 5. Phương pháp nghiên cứuPhân tích và tổng hợp lí thuyết, điều tra và nghiên cứu tài liệu tương quan đến phươngpháp nghiên cứu và phân tích điện hóa và ứng dụng, trình tự triển khai những phép phân tíchtrong phòng thí nghiệm. Thực nghiệm khoa học : thực hành thực tế thao tác nghiên cứu và phân tích trên máy đo độ dẫn, đo điện thế, đo điện lượng và thiết bị đo cực phổ với những mẫu chuẩn và mẫuphân tích. Xử lí số liệu. Tính toán và nhìn nhận hiệu quả. 6. Cấu trúc khóa luậnNgoài phần mở màn và Tóm lại, nội dung khóa luận được dự kiến trìnhbày trong 3 chương : Chương 1 : Cơ sở chung về phương pháp phân tích điện hóaChương 2 : Một số phép phân tích điện hóaChương 3 : Ứng dụngNỘI DUNGChương 1C Ơ SỞ CHUNG VỀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐIỆN HÓA1. 1. Cơ sở ứng dụng của những phép phân tích điện hóaCác phương pháp phân tích điện hoá học dựa trên cơ sở ứng dụng : – Các đặc thù, quy luật và những hiện tượng kỳ lạ điện hoá có tương quan đến cácphản ứng điện hoá xảy ra trên mặt phẳng hay ranh giới tiếp xúc giữa những cực ( điện cực ) và dung dịch nghiên cứu và phân tích 5, tr. 37 . – Các đặc thù điện hoá của dung dịch tạo nên thiên nhiên và môi trường giữa những cực. Như vậy, những phép nghiên cứu và phân tích điện hóa dựa trên ứng dụng của những quátrình điện hóa, nói chung là điện hóa học. 1.2. Khái niệm phương pháp phân tích điện hóaPhản ứng điện hóa đa phần xảy ra trong bình điện phân. Lập một bìnhđiện phân gồm hai điện cực anốt ( A ) và catốt ( C ) nhúng vào dung dịch điệngiải và nối hai điện cực này vào nguồn điện một chiều. Năng lượng cung ứng bởi nguồn điện phải đủ lớn để có được phản ứngkhử ( ở catốt ) hoặc oxy hóa ( ở anốt ). Điện tử do nguồn điện cung ứng đến điện cực C, nếu thế ở C đủ bé ta cóphản ứng khử : OX1 + ne – Kh1, đồng thời ở A, chất khử Kh2 cho điện tử tạo ra chất OX2 : Kh2 – ne – OX2. Các hiện tượng kỳ lạ xảy ra trong bình điện phân : – Sự trao đổi điện tử ở điện cực nhanh hay chậm tùy thuộc theo bản chấtcủa mỗi phản ứng ( ở catốt nhận điện tử, anốt nhường điện tử ). – Sự truyền khối là hiện tượng kỳ lạ ion trong dung dịch đi về phía điện cực dosự khuếch tán, đối lưu, điện ly. Vận tốc truyền khối lớn hay nhỏ cũng ảnhhưởng đến tốc độ phản ứng điện hóa. Vì vậy phản ứng điện hóa tùy thuộcvào những yếu tố sau : Thế điện cực, tốc độ trao đổi điện tử ở điện cực và vậntốc truyền khối. Vận tốc trao đổi điện tử và truyền khối có những giá trị nhất định, biếnthiên giữa những số lượng giới hạn xa nhau. Như vậy, những phương pháp nghiên cứu và phân tích điện hóa đã được tăng trưởng từ lâu, nhưng tăng trưởng mạnh và được sử dụng nhiều là khoảng chừng 30 năm trở lại đây. Nó là những phương pháp nghiên cứu và phân tích công cụ không những dùng định tính vàđịnh lượng mà còn là phương tiện đi lại để nghiên cứu và điều tra kim chỉ nan những quy trình điệnhoá và những phản ứng hoá học của những chất vô cơ ( ion sắt kẽm kim loại, muối ) và cácchất hữu cơ. 1.3. Nguyên tắc và sơ đồ chung của những phép phân tích điện hóaNgày nay đã có tới 30 phương pháp nghiên cứu và phân tích điện hóa khác nhau. Songnguyên tắc và sơ đồ chung của toàn bộ những phương pháp này là : chất phân tíchđược hoà tan thành dung dịch ( thường là trong thiên nhiên và môi trường nước ) rồi cho vàobình đo có cấu trúc tương thích với từng phương pháp đơn cử. Trong bình điệnphân có 2 ( hay 3 ) điện cực là : – Điện cực thông tư, – Điện cực so sánh, – Điện cực phù trợ ( hoàn toàn có thể không có ). Các điện cực này được nối với máy đo để đo một đại lượng điện hoá đặctrưng cho thực chất của quy trình điện hoá của chất điều tra và nghiên cứu. Đại lượng đođó tỉ lệ tuyến tính với nồng độ chất điều tra và nghiên cứu. Như vậy, nói chung những phương pháp phân tích điện hoá luôn phải cómột mạng lưới hệ thống trang bị cơ sở gồm có : – Bình chứa dung dịch chất nghiên cứu và điều tra và chất điện ly ( bình đo điệnhoá ), – Các điện cực, – Máy đo ( hoàn toàn có thể đo thế hay đo dòng hay điện trở ). Vì thế toàn bộ những phương pháp phân tích điện hoá đều có cơ sở lý thuyếtchung về điện hoá học như cân đối điện hoá, điện cực và thế điện cực, … 1.4. Phân loại những phương pháp phân tích điện hóaHiện nay những phương pháp điện hoá có rất nhiều nhưng hầu hết đượcchia thành 2 nhóm : Nhóm 1 : Nhóm những phương pháp điện hóa có quy trình điện cực, thườnglà sự oxy hóa, sự khử của chất điện hoạt trên mặt phẳng điện cực. Nhóm 2 : Các phương pháp điện hoá không có phản ứng điện cực như đođộ dẫn, điện trở, … Trong 2 nhóm này, nhóm 1 là có nhiều phương pháp, phong phú và phongphú nên được chia thành 2 phân nhóm : – Phân nhóm 1 : là phân nhóm những phương pháp điện hoá có phản ứngđiện hoá ở điện cực trong điều kiện kèm theo dòng không đổi. – Phân nhóm 2 : là phân nhóm của những phương pháp điện hoá có phảnứng điện hoá ở điện cực trong điều kiện kèm theo dòng khác 0. Đây là phân nhóm củaphương pháp có sự điện phân. Phân nhóm này có nhiều phương pháp điện hoácó độ nhạy cao và được ứng dụng nhiều. Tóm tắt về sự phân loại này, tất cả chúng ta hoàn toàn có thể thấy trong bảng 1.1. Bảng 1.1 : Phân loại những phương pháp điện hoáTên phương phápCác đại lượng Đại lượngĐại lượng đoquan hệkiểm soátĐo thếf ( E, C ) E = f ( C ) Chuẩn độ đo thếf ( E, C ) E = f ( C ) – Von – Ampef ( E, I, C ) I = f ( E ) – Chuẩn độ Von-Ampef ( E, I, C ) I = f ( C ) – Điện lượng ( I = const ) f ( E, I, Q. ) – Điện lượng ( E = const ) f ( E, I, m ) – Chuẩn độ điện thế ( I = const ) f ( E, I, C ) E = f ( C ) – Dòng thời gianf ( E, I, C, t ) C, EI = f ( t ) – Cực phổ cổ điểnf ( E, I, C, t ) C, EI = f ( E, t ) – Cực phô dòng xoay chiềuf ( E, I, C, t ) Phương pháp dòng bằng 0 và có phảnứng điện cựcPhương pháp dòng khác 0 và có phảnứng điện cực ( chronoamperometry ) C, E và xung I = f ( sin, cotg ) hình sin – Cực phổ sóng vuôngf ( E, I, C, t ) C, xung thế – Von – Ampe hoà tanf ( E, I, C, t ) Eap, EI = f ( E, t ) – Điện thế – thời hạn hoà tanf ( E, I, C, t ) Eap, IntI = f ( t ) f ( X, C ) f ( x, E, C ) x + ePhương pháp không phản ứng điện cực – Đo độ dẫn và chuẩn độ đo độ dẫn – Đo độ dẫn cao tần và chuẩn độ cao tầnChương 2. MỘT SỐ PHÉP PHÂN TÍCH ĐIỆN HÓA2. 1. Phương pháp đo thế2. 1.1. Nguyên tắcCác phương pháp đo thế là một họ của phương pháp phân tích điện hoá. Quá trình đo thế được triển khai trong một bình đo có chứa dung dịch mẫu vàhai điện cực, trong đó có : – 1 điện cực so sánh hoàn toàn có thể cố định và thắt chặt ( Ess = const ), – 1 điện cực thông tư biểu thị thế của dung dịch. Hệ điện cực này được nối với một máy đo thế. Như vậy đo thế là quátrình theo dõi sự biến thiên nồng độ của một chất ( ion ) trong dung dịch nhờđiện cực thông tư mà trên đó xảy ra những quy trình điện hoá, được thông tư bằng sựthay đổi ( biến thiên ) của thế điện cực. Thế đo được của dung dịch là hiệu sốcủa thế ở điện cực thông tư ( Eind ) và điện cực so sánh ( Ess ), nghĩa là : Edd = Eind – Ess. Trong phương pháp đo thế, điện cực so sánh thường dùng là : điện cựccalomel hoặc điện cực clorua bạc. Điện cực thông tư có 3 loại khác nhau : – Điện cực đo pH, đó là những điện cực thuỷ tinh màng. – Điện cực tinh lọc ion, đó là điện cực sản xuất đo riêng từng ion sắt kẽm kim loại ( ví dụ : K, Cd, Pb, … ), đo những anion ( ví dụ : Cl -, F -, I -, CN – ). Hai loại điện cực này là những điện cực màng. Nó hoàn toàn có thể là màng rắn haymàng lỏng. Các quy trình điện hoá xảy ra trên mặt phẳng tiếp xúc của màng này. – Điện cực sắt kẽm kim loại trơ : loại điện cực này ship hàng cho quy trình chuẩnđộ đo thế. Ví dụ điện cực Pt, Ag, Pd, … Các quy trình điện hoá xảy ra trên bềmặt điện cực. Các chất nghiên cứu và phân tích hoàn toàn có thể nhận điện tử ở điện cực ( sự oxy hoá ) hoặc nhường điện từ cho những điện cực ( sự khử ). Do đặc thù trên, nên mặt phẳng của cácđiện cực thông tư có tác động ảnh hưởng đến thế củađiện cực. Vì thế phải giữ cho điện cực sạchvà có mặt phẳng như nhau. Các quy trình điện hoá ở trong kỹ thuậtđo thế là có dòng bằng 0 hay là không đổi ( I = 0, hay I = const ). Hình 2.1 miêu tả sơ đồcủa một mạng lưới hệ thống máy đo thế. 2.1.2. Phương trình thế điện cựcTrong quy trình đo thế, những quá trìnhHình 2.1 : Sơ đồ một hệ máyđiện hoá xảy ra ở trên điện cực thông tư. Cácđo thếquá trình đó hoàn toàn có thể là : – Sự oxy hoá khử của chất trên mặt phẳng điện cực, – Sự trao đổi điện tích. Chính những quy trình này làm cho thế của điện cực bị đổi khác khi nồng độcủa chất biến hóa. Trong một khoanh vùng phạm vi nhất định và ở những điều kiện kèm theo nhấtđịnh thì sự đổi khác thế của điện cực thông tư là phụ thuộc vào tuyến tính theo nồngđộ của chất trong dung dịch. Nếu trên mặt phẳng điện cực có quy trình oxy hoá khử của chấtOx1 + ne – Kh1 ( 2.1 ) Kh2 – ne – Ox2, ( 2.2 ) theo phương trình Nernst thế điện cực của dung dịch sẽ là : E a E a0 0,0592 Ox1lgKh1E b E 0 b 0,0592 Ox 2 lgKh 2H ayTrong đó : [ Ox1 ], [ Ox2 ] là nồng độ dạng oxy hoá của chất ; [ Kh1 ], [ Kh2 ] lànồng độ dạng khử ; E 0 a, E 0 b là thế oxy hoá khử tiêu chuẩn của cặp đó ; n là sốelectron trao đổi trong phản ứng điện hoá đó. Như vậy, thế của điện cực thông tư của dung dịch sẽ là : Edd = ( Eind – Ess ) = ΔE. Giá trị ΔE này nhờ vào vào nồng độ của chất nghiên cứu và phân tích và trong mộtphạm vi nhất định ta có : ΔE = k. Cx. Đây là phương trình định lượng của phương pháp đo thế để xác địnhnồng độ của chất trong dung dịch. 2.1.3. Trang bị của kỹ thuật đo thếCơ sở của phép đo điện hoá là những quy trình xảy ra trong nguyên tố điệnhoá. Vì thế trang bị cơ sở của mạng lưới hệ thống máy đo thế gồm có ba phần tối thiểucơ bản : Nguyên tố điện hóa, Máy đo thế, Bộ thông tư tác dụng đo thế. a ) Nguyên tố điện hoá, gồm có : – Bình điện hoá chứa dung dịch đo, – Điện cực thông tư, – Điện cực so sánh, – Điện cực phụ trợ ( hoàn toàn có thể không có ), – Bộ phận khuấy dung dịch đo. b ) Máy đo thế. c ) Bộ phận thông tư hiệu quả đo thế. Ngày nay những mạng lưới hệ thống máy hoàn hảo, còn có thêm máy tính chuyêndụng, bộ phận tự động hóa bơm mẫu vào bình điện hoá, … để tự động hoá những quátrình đo theo những chương trình nhất định 5, tr. 43 . 102.1.4. Các loại điện cực2. 1.4.1. Các điện cực so sánhKhông thể đo thế của một điện cực riêng không liên quan gì đến nhau mà phải so sánh nó với mộtđiện cực có thế đã biết gọi là điện cực so sánh. Điện cực này dùng để đo thếtại mặt phẳng tiếp xúc của màng thủy tinh và dung dịch khảo sát. Có hai loại điệncực so sánh được dùng trong phương pháp đo thế là điện cực calomel và điệncực bạc clorua. a ) Điện cực calomel : Đây là điện cực so sánh được sử dụng nhiều nhất trong nghiên cứu và phân tích điệnhóa. Về cấu trúc điện cực này gồm có Hg sắt kẽm kim loại trong dung dịch Hg2Cl2 ( r ) hoà vào dung dịch điện ly KCl, ta hoàn toàn có thể viết ( Hình 2.2 ) : Hg / Hg2Cl2 ( r ) / Hg2Cl2 ( bh ). KCl ( xM ) Điện cực này có giá trị thế rất không thay đổi nhưng vì Hg độc nên xu hướngdùng điện cực bạc hơn. Phản ứng điện cực : Hg2Cl2 + 2 e – → 2H g ° + 2C lỞ điều kiện kèm theo tiêu chuẩn điện cực loại này có thế E ° = 0,2444 V / 25 °C, p = l atm, x = bão hòa. Hình 2.2. Sơ đồ cấu trúc của một điện cực calomen. 11 b ) Điện cực bạc cloruaĐiện cực so sánh loại này có cấu tạobao gồm sắt kẽm kim loại Ag trong dung dịchAgCl bão hòa và chất điện ly KCl và ta cóthể viết ( Hình 2.3 ). Ag / AgCl ( dd bh ), KCl ( dd bh ). Điện cực này dùng làm điện cực sosánh trong chuẩn độ điện thế của những phảnHình 2.3. Sơ đồ cấu trúc điện cựcứng trung hòa, kết tủa. Phản ứng điện cực : bạc clorua. AgCl ( r ) + le – ↔ Ag ° + 2C lTừ bảng 2.1 ta thấy nồng độ của dung dịch điện ly KCl có ảnh hưởngđến thế của điện cực. Nói chung ở nồng độ bão hòa thế điện cực là nhỏ nhấtvà giảm khi nhiệt độ tăng. Bảng 2.1. Thế của những điện cực so sánhNhiệt độE ( V ) cực calomel với x = E ( V ) cực bạc clorua với x = ( °C ) Bão hoà3. 5 M0. 1MB ão hoà3. 5 M0. 1M150. 25100. Điện cực chỉ thịĐiện cực thông tư là điện cực mà thế của nó đổi khác, nhờ vào vào nồngđộ chất khảo sát trong dung dịch mà điện cực nhúng vào. Nó cho ta biết quátrình điện hoá trong dung dịch diễn biến thế nào. Một số điện cực so sánhcũng hoàn toàn có thể dùng làm điện cực thông tư. 12 Điện cực chi thị được chia thành 2 loại như sau : – Điện cực sắt kẽm kim loại rắn – Điện cực màng ( màng rắn và màng lỏng ). Các điện cực sắt kẽm kim loại lại được chia thành 4 nhóm là : điện cực loại 1, điện cực loại 2, điện cực loại 3, và điện cực loại 4. a ) Điện cực sắt kẽm kim loại – Điện cực sắt kẽm kim loại loại 1 : Điện cực loại này là những cực sắt kẽm kim loại có năng lực cho hay nhận điện tử, ví dụ điện cực Cu, Zn, Fe, … Điện cực này dùng để theo dõi hay xác lập nồngđộ của những ion sắt kẽm kim loại trong dung dịch. Ví dụ với điện cực Cu ta có cânbằng : Cu2 + ( dd ) + 2 e – ↔ Cu ° ( r ) Cân bằng này xác lập thế của điện cực và phương trình thế điện cực là : Eind E0Cu 0,0592 lga Cu 2 – Điện cực sắt kẽm kim loại loại 2 : Cấu tạo của điện cực loại này gồm một thanh sắt kẽm kim loại nhúng trong dungdịch muối khó tan của nó. Ví dụ Ag / AgCl, Hg / Hg2Cl2. Nó được sử dụng đểnghiên cứu xác lập những anion. Thế của cực được xác lập bởi cân đối : AgCl ( r ) + le – ↔ Ag ° ( r ) + Cl -, có E ° = 0.199 VHgCl2 ( dd ) + 2 e – ↔ 2H g ° ( r ) + 2C l -, có E ° = 0.244 VQuá trình điện hoá trên mặt phẳng điện cực có tương quan ngặt nghèo đến cáccân bằng điện hoá này. Phương trình thế điện cực của điện cực bạc ở đây là : Eind E 0 0,0592 lga Cl, a là hoạt độ. 13 – Điện cực sắt kẽm kim loại loại 3 : Điện cực này là điện cực của những sắt kẽm kim loại như Hg được nhúng trongdung dịch chất tạo phức. Nó được dùng để nghiên cứu và điều tra xác lập gián tiếp nồngđộ những sắt kẽm kim loại qua hợp chất phức của nó. Ví dụ khi một lượng nhỏ củaHgY2 – thêm vào dung dịch chứa Y4 – ( dung dịch EDTA ) thì nửa phản ứng xảyra trên điện cực catốt thủy ngân như sau : HgY2 + 2 e – ↔ 2H g ° + Y4 -, có E ° = 0,21 V, và thế của điện cực thông tư loại này là : E ind 0,21 0,0592 a Y4lga HgY2Vì phức HgY2 – có hằng số tạo thành rất lớn ( 6,3. l023 ) nên nồng độ của nókhông đổi với một khoảng rộng của nồng độ Y4 – sử dụng nên : Eind K Với K 0,21 0,0592 lga Y4, 0,0592 lga HgY2Điện cực Hg là điện cực được sử dụng cho chuẩn độ EDTA. – Điện cực sắt kẽm kim loại loại 4 ( điện cực oxy hoá khử ) : Điện cực loại này là những sắt kẽm kim loại trơ, ví dụ như Pt, Ag, Pd, … Các quátrình điện hoá oxy hoá – khử là xảy ra trên mặt phẳng liên tục. Điện cực này đóngvai trò trao đổi điện tử với cấu tử oxy hóa hoặc khử trong dung dịch. Ví dụđiện cực Pt trong dung dịch oxy hoá khử của Ce4 + / Ce3 +, ta có : Ce4 + + le – ↔ Ce3 + có E ° = 1,32 V.b ) Điện cực màngĐiện cực màng là loại điện cực thông tư pH ( đo pH ) và những điện cực chọnlọc ion, ở đây quy trình điện hoá xảy ra ở trên màng của điện cực, màng điệncực hoàn toàn có thể là màng rắn hay màng lỏng. Trong hai loại này, lúc bấy giờ màng rắnđược sản xuất và sử dụng là chính. 14 – Điện cực đo pH : Điện cực đo pH trong vùng pH từ0 – 9 có nhiều dạng cấu trúc. Một trong sốđó là dạng cấu trúc phối hợp cả điện cựcthủy tinh và hai điện cực so sánh Ag vàotrong cùng một thân ống ( Hình 2.4 ) và ởphần đáy của nó là một màng thủy tinhmỏng nhạy pH. Có hai điện cực Ag sosánh : một điện cực so sánh ngoài đượcdùng để đo thế tạo ra giữa mặt bên ngoàicủa màng thủy tinh và lớp dung dịch mẫuHình 2.4 : Sơ đồ điện cực đo pHđo ( Ei ) ; và một điện cực Ag so sánhtrong để đo thế Open giữa mặt phẳng bên trong của màng thủy tinh và lớpdung dịch trong bầu thủy tinh ( E2 ). Một cầu muối ở gần phần cuối thân ống. Hoạt động của điện cực hoàn toàn có thể diễn đạt như sau : Điện cực thủy tinhDung dịch đo H + LớpBầu trong màng Điện cực sotrong H2O / điện cực màng ( AgCl bão hòa / sánh Ag ( bênAg ( bên ngoài ) thủy tinhE1HCl 1M ) trong ) E2Tính chất và sự hoạt động giải trí của màng thuỷ tinh là yếu tố quyết định hành động tínhchất của điện cực. Màng thủy tinh có thành phần tùy thuộc vào nơi sản xuất. Loại màng này phân phối tốt cho những phép đo pH đến 9. Hiện nay một số ít loạimàng thủy tinh sử dụng Ba và Li ở những mức độ khác nhau sửa chữa thay thế cho cácion canxi và natri. Loại màng này có độ tinh lọc và tuổi thọ cao 5, tr. 47 . 15T rong màng thủy tinh, những cation như Li +, Na + hoàn toàn có thể vận động và di chuyển trong vàqua mạng lưới và chịu nghĩa vụ và trách nhiệm về tính dẫn diện của màng. Cả hai lớp bềmặt cuả màng thủy tinh phải được hydrat hóa trước khi đo pH thế cho nên điện cựcsau khi đo pH xong nên dữ gìn và bảo vệ trong nước cất. Phản ứng trao đổi ion có thểviết như sau : H + ( dd ) + Na + ( mặt phẳng màng tt ) ↔ Na + ( dd ) + H + ( mặt phẳng màng tt ) Nguyên nhân điện cực thủy tinh trong máy đo pH phân phối tinh lọc vớiion H + mà không với những ion khác là do ion H + là ion duy nhất link đượclên lớp gel bị hydrat hóa. Những nghiên cứu và điều tra với đồng vị tritium 3H cho thấyrằng ion H + không đi qua lớp màng thủy tinh của điện cực pH. Còn ion Na + thì hoàn toàn có thể đi qua. Khi cân đối trao đổi ion trên được thiết lập thì hai bước nhảy thế xuấthiện ở hai ranh giới tiếp xúc giữa màng thủy tinh và lớp dung dịch tiếp xúc. Giá trị thế này phụ thuộc vào vào pH của dung dịch tiếp xúc tức phụ thuộc vào vàonồng độ H + trong dung dịch 2 bên lớp màng. Sự khác nhau về thế do sự tíchđiện ở 2 bên lớp màng tạo nên giá trị thế : Eb = ( E1 – E2 ) = 0,059. lg ( a1 / a2 ). Với a1 và a2 là hoạt độ của ionH + trong dung dịch đo và trong dungdịch trong bầu thủy tinh. Vì hoạt độcủa ion H + trong bầu thủy tinh đượcgiữ không đổi nên ta có mối liên hệgiữa điện thế Eb với pH dung dịchmẫu đo là : Hình 2.5 : Trao đổi ion ở lớp màng vàEb = L ’ + 0.0592. lga1lớp dung dịch sát mặt phẳng. = L ’ – 0,0592 pH. Quá trình trao đổi ion hoàn toàn có thể được diễn đạt trong hình 2.5.16 – Chuẩn hóa một điện cực thủy tinh trong máy đo pHMột điện cực thủy tinh pH nên được chuẩn hóa bằng hai ( hoặc hơn ) dung dịch đệm chuẩn được chọn thích hợp sao cho pH của dung dịch đem đonằm trong khoảng chừng pH của những dung dịch chuẩn đó. Các dung dịch chuẩn nàyđược pha để có những giá trị pH ở một nhiệt độ xác lập với độ đúng chuẩn đến ± 0,01 đơn vị chức năng pH. Trước khi sử dụng máy đo pH cần kiểm tra xem lỗ dẫn không khí nằm ởphía đầu ống điện cực đã được mở nắp. Rửa điện cực thủy tinh bằng nước cấtvà nhẹ nhàng thấm khô nó bàng giấy thấm. Nhúng điện cực trong một dungdịch chuẩn có pH gần 7 và để cho điện cực được cân đối trong vài phút. Theo tài liệu hướng dẫn sử dụng của mỗi máy. kiểm soát và điều chỉnh thang đo pH ( thường với núm “ CALIBRATION ” ) đế đạt được giá trị pH của dung dịchđệm chuẩn. Sau đó rửa điện cực thủy tinh với nước cất. thấm khô và nhúng nó vàotrong dung dịch đệm chuẩn thứ hai có giá trị pH lớn hơn 7. Nếu điện cực hoạtđộng tốt tức phân phối đúng với phương trình Nenst thì giá trị thế sẽ thay đổi0, 05916 V trên một đơn vị chức năng pH ở 25 oC. Sự đổi khác thực tiễn hoàn toàn có thể rơi lệch nhẹ. Nhập giá trị pH hiển thị trên máy đo của dung dịch chuẩn thứ hai bằng númcó thể là “ slop ” hoặc “ TEMPERATURE ”. Có thể lặp lại sự chuẩn hóa nàybằng hai dung dịch trên để thu được hiệu quả đúng mực hơn. Cuối cùng nhúng điện cực vào dung dịch cần đo pH, khuấy nhẹ dungdịch, để giá trị hiển thị được không thay đổi rồi đọc giá trị pH đo được. Sau khi đo nhúng điện cực đo vào nước cất để ngăn sự mất nước của lớpthủy tinh điện cực. Nếu điện cực vừa đo dung dịch có pH > 9 thì nhúng điệncực trong dung dịch đệm pH cao. Nếu cung ứng của điện cực không còn nhạy hoặc nếu điện cực không thểchuẩn hóa thích hợp thì thử nhúng nó trong dung dịch HCl 6M, rồi sau đó17nhúng trong nước cất. Cuối cùng nhúng điện cực trong dung dịch NH 4HF2 ( ammonium bifluoride ) trong 1 phút chứa trong bình bằng nhựa. Chất này sẽhòa tan ít thủy tinh và làm mới mặt phẳng điện cực. Rửa lại bằng nước cất và thửchuẩn hóa lại lần nữa. Cần tránh để dính NH4HF2 vào da. 2.1.5. Chuẩn độ đo thếChuẩn độ đo thế là một phương pháp để xác lập điểm tương tự ( điểm kết thúc ) của quy trình chuẩn độ 5, tr. 50 . Nguyên tắc : dùng điện cực thông tư và điện cực so sánh để theo dõi sựthay đổi thế của dung dịch theo nồng độ chất khảo sát ( trong mẫu ) khi thêmdung dịch chuẩn vào mẫu. Sự biến thiên của thế thường có một số ít dạng nhưtrong hình 2.6. Phép chuẩn độ đo thế được sử dụng cho những phép chuẩn độ : – Axit bazơ : + Axit mạnh bằng bazơ mạnh + Axit yếu bằng bazơ mạnh + Bazơ yếu bằng axit mạnh – Chuẩn độ oxy hoá khử – Chuẩn độ kết tủa – Chuẩn độ tạo phứcCó thể nói kỹ thuật chuẩn độ đo thế là một phương tiện đi lại tốt để phát hiệnđiểm tương tự trong quy trình chuẩn độ. Nó cho tác dụng tốt và chính xáchơn phương pháp dùng chỉ thị màu. Mặt khác chuẩn độ được cả ở nồng độnhỏ. Theo cách này lúc bấy giờ đã có hàng loạt những loại mạng lưới hệ thống máy chuẩn độđã được nhiều hãng sản xuất và bán ra thị trường từ đơn thuần đến phức tạp vàhoàn toàn tự động hóa. 18H ình 2.6 : Sơ đồ mạng lưới hệ thống chuẩn độ đo thế xác lập Fe2 + bằng dung dịch chuẩn Ce4 + và đường cong chuẩn độ 100.0 ml dung dịch Fe2 + 0.050 M bằng dung dịch Ce4 + 0.100 M trong dung dịch HClO4 1M. 2.2. Các phương pháp Vôn – Ampe2. 2.1. Mở đầuPhương pháp nghiên cứu và phân tích Von-Ampe là nhóm những phương pháp dựa vàođường cong Von-Ampe hay còn gọi là đường cong phân cực, là đường congbiểu diễn mối quan hệ giữa cường độ dòng điện với điện thế khi tiến hànhđiện phân dung dịch nghiên cứu và phân tích. Quá trình điện phân được thực thi trong mộtbình điện phân đặc biệt quan trọng, trong đó có một điện cực có diện tích quy hoạnh bé hơn diệntích của điện cực kia nhiều lần. Điện cực có diện tích quy hoạnh bé được gọi là vi điệncực. Quá trình khử ( hay oxy hóa ) đa phần xảy ra trên vi điện cực. Việc ứng dụng đường cong phân cực vào mục tiêu nghiên cứu và phân tích đã đượcnhà bác học Tiệp Khắc Heyrovski tìm ra vào năm 1992. Do ý tưởng vềphương pháp nghiên cứu và phân tích dựa vào đường cong phân cực và những góp phần xâydựng tăng trưởng phương pháp nghiên cứu và phân tích, năm 1959 ông được Tặng Kèm giải thưởngNobel về hóa học. 19
Source: https://mindovermetal.org
Category: Ứng dụng hay
